宋楠:解析前途K50超级电动汽车动力电池及控制策略

有着“造车新势力”光环的前途首款车型K50已经量产,并以75.43万元售价进行销售。相对蔚来、车和家、威马以及小鹏等“造车新势力”,前途汽车显然与他们存在着本质的不同。

从2010年开始,前途汽车开始对18650型电芯及电池总成进行了早期的研发探索。

2011年,前途汽车放弃方形铝壳电池装车测试。

2010-2013年,前途汽车与萨博(北美)展开合作,对萨博93进行“油改电”的技术研发和整车测试。

2013年,前途汽车展开基于软包电芯为基础的动力电池总成及控制策略的研发。

2014年,适配标准电池箱技术的K50原型车参加北京国际车展。

2015年,前途汽车自行研发和制造的标准电池箱体试验成功。

2015年之后,更完善的标准尺寸电池箱体,完全应用到前途K50超级电动汽车并通过检测。

2016年,前途汽车在北京分公司开始小批量试生产K50超级电动汽车。在接受了一些实验任务后,继续用于内部测试。

2017年,华特电池工厂,作为前途汽车唯一的动力电池系统提供者。

2017年12月15日,以华特电池工厂的自动化生产线为基础,第一个标准电池箱下线。所有产品供应给前途K50超级电动汽车。

显然,前途汽车虽然背书“造车新势力”,但拥有8年技术研发历程,自行研发电机、电池和电控系统,并拥有整车生产资质和完整的生产基地。

备注:本文将对前途K50超级电动跑车的动力电池及控制策略进行深度解析。

前途K50超级电动汽车,采用全铝车身架构,前后独立悬架、双驱动电机,中后置的“T”型电池组件。无论驱动电机总成、全铝车身,还是采用标准电池箱的动力电池总成(包括BMS),全部由前途汽车自行研发和制造。

上图为前途K50动力电池热管理系统的散热器、电动压缩机、2组电动水泵、PTC电加热模块、制冷用热交换模块以及冷热两套循环管路细节特写。

与大多数2018年在售的主流电动汽车一样,前途K50的动力电池热管理系统,适配1套集成制冷和制热功能的独立循环管路,为动力电池提供近乎“恒温”的热管理伺服。

2组电子水泵,不具备变频功能,根据散热或制热需求,改变冷却液循环压力。

上图为前途K50超级电动汽车后置电池总成(中置的电池总成被忽略)。

高压盒用于连接电池总成和快充接口的高压线缆集成;膨胀水箱平衡循环管路内部压力。每组标准电池箱体通过高压线缆和循环管路进行了“刚性”连接。

上图为前途K50超级电动汽车适配的软包电芯细节特写。

左侧为软包电芯弹体

右侧为软包电芯+塑料支架+2组铝制散热板构成的小总成特写

前途K50超级电动汽车选用的软包电芯,由上海卡耐新能源有限公司提供(日本英耐时株式会社技术)。而电芯PACK、电池小总成、电池箱体和BMS,全部由前途汽车下属的华特电池工厂制造。

上图为标准电池模组(未装配水冷散热系统)半成品状态特写。

白色箭头:每组标准电池模组(箱体)适配的分BMS模块

红色箭头:BMS与电芯关联的传输信号用线缆

由于采用软包电芯,相对18650圆柱型电芯更轻巧,相对方形电池更单薄。这就意味着软包电池的散热效率可以做到更好。针对软包电芯的“呼吸”效应,华特电池工厂为每组电芯小总成设定一定幅度变形能力(1.85%)。

红色箭头:铝制散热板

为了保证每只软包电芯具备几乎相同的散热或预热效率,1只软包电芯,被2片铝基板“夹持”,并与横置的水冷散热系统(将蛇形管路一体化集成)一端关联进行热交换,以保证电芯温度一致性。

上图为集成了水冷散热系统后的标准电池模组(箱体)细节特写。

黄色箭头:横置的水冷散热系统(蛇形管路一体化)

红色箭头:水冷散热系统进出管路接头

白色箭头:“夹心”布置的电芯和铝基板

蓝色箭头:采用复合材料的电池模组(箱体)

经过长年的研究后,前途汽车为标准电池模组选用具备轻量化的复合材料。整个电池模组采用金属带组合在一起,具备合适的压紧力和柔韧度。

黄色箭头:标准电池模组(箱体)未加装上壳体的状态

黑色箭头:标准电池模组(箱体)链接上下壳体的铝扣

绿色箭头:工业级密封胶

红色箭头:标准电池模组(箱体)的悬置机构(唯一的螺栓固定组件)

由华特电池工厂制造的标准电池模组(箱体)采用复合材料, 材料强度与铝铝合金相近,比钢铁材料减重约40-50%。适配的电芯为导电体,但是箱体为绝缘体。

全部电池模组的链接不适用螺栓固定,最大限度的避免了螺栓失效。标准电池模组(箱体)的上下盖(复合材料),由铝扣(白色箭头)固定,并涂抹工业级密封胶(红色箭头),已达到24小时浸泡后密封不失效目的。而标准模组(箱体)通过悬置装置固定,有效的吸收了路面的额震动有效的吸收了路面的碰撞能量。

前途K50超级电动汽车动力电池的热管理系统设定,围绕软包电芯的技术状态展开。采用绝热设计理念,被动保温,构筑温度适宜的工作环境。通过采用复合材料的壳体、云母片,保温棉,最大限度的减少环境与电芯之间的热交换频率和级别。

采用主动液冷/液热温控系统,水冷系统采用并联管路设计,保证每个标准电池模组(箱体)都能够得到充分的热交换,最小化电芯之间的温度差,提升了温度一致性。

在-20摄氏度环境下,标准电池模组(箱体)散热功率达到50w,较采用金属材料外壳更优。

前途K50超级电动汽车,在吐鲁番进行高温测试;在海南进行潮湿测试;在五大连池进行高寒测试。为的是,验证前途K50动力电池热管理策略和最终的技术标定状态。

环境温度处于0至45摄氏度,标准电池模组(箱体)温差小于3摄氏度。

环境温度处于-30至55摄氏度,标准电池模组(箱体)小于5摄氏度。

在-30摄氏度环境下,静态搁置24小时后,热管理系统开启20分钟,前途K50百公里加速时间提升50%。

在45摄氏度环境下,静态搁置12小时后,热管理系统开启20分钟,前途K50百公里加速时间达到最优。

强调加速性能的前途K50超级电动汽车的动力电池热管理系统,还要对不同级别快充时所有电芯温度和寿命进行控制。

根据电芯不同的温度状态,能够职能选择强力和经济管理模式,平衡能耗和性能。具备先进的充电保温管理功能,为前途K50超级电动汽车的使用提前做好准备。

根据前途的长年测试,使得前途K50的动力电池在1.2C充电倍率和1C放电倍率状态,综合性能最优。

前途K50超级电动汽车动力电池总成,在5.5C大倍率放电,经过2万次循环后,并未出现电池寿命衰减表现;5.5C大倍率放电,经过3万次循环后,出现电池寿命衰减现象。

厂家对前途K50的全“油门”驾驶环节,综合电池电芯温度、环境温度等多种条件,才会给驾驶员开启超过5C的大别率放电(加速)的工况。否则,最多允许驾驶员在4C放电模式极限驾驶。经过长期测试,前途很清楚如何保护电芯寿命同时,又不违背K50超级电动汽车的最初技术设定。

而整套动力电池热管理系统,采用并联回路架构,优于串联回路,快速减低不同电芯的温度差。所有的水冷管路的架构和口径,经过计算进行优化。根据环境温度、电池温度,前途K50动力电池热管理系统,具备自燃循环水冷、强制制冷和强制加热三种模式。

笔者有话说:

前途K50超级电动汽车适配的动力电池系统,在2010年开始选择电芯,并就整体性能进行标定。在随后的7年间,先后标定了整车电驱动性能、标准电池模组(箱体)、热管理系统以及车型平台和悬架技术等分系统。

虽然前途K50从立项到量产经过8年时间,其动力电池热管理系统部分技术(非变频电子水泵)并不先进,但是较长的研发周期,使得整车完成度和可靠性更价稳定。

尤其本文重点提到的前途K50超级电动汽车的动力电池硬件架构和软件策略,都经过近5年的测试和验证,最终适配至整车。相对那些从整车立项到量产不过3年时间的“造车新势力”,前途对核心技术的理解和车型的研究,更扎实,更像传统车厂那样。

作为最早对前途K50试驾的媒体人的笔者,对其适配的动力电池标准模组(箱体)的架构十分认可。轻量化的外壳、精密的温度检测体系、完善的水冷低温预热和高温散热功能的引入,从核心技术与综合可靠性层面碾压蔚来、小鹏等“造车新势力”。

当然,对于前途K50超级电动汽车热管理系统,对性能、续航、安全等标定的平衡,还留在后续冬季深度测试中体现。

文/新能源情报分析网(换个角度看车市)宋楠

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